VRML-Kurs, Teil 4

VRML-Kurs, Teil 4
Interaktion zwischen Knoten
Mehrere VRML-Knotentypen können Ereignisse (events)
empfangen und/oder senden.
Ereignisse enthalten einen Wert und eine Zeitmarke
(timestamp).
• Gesendete Ereignisse können die Änderung von Werten von
Feldern mitteilen
• Empfangene Ereignisse können Werte von Feldern ändern
Ereignisse sind ihrerseits als Felder von Knoten definiert.
Ereignis, das die Änderung eines Feldes mitteilt:
Schlüsselwort eventOut
Ereignisname meist = Feldname und Suffix "_changed"
(Ausnahmen: Ereignisse mit den Typen SFBool und SFTime.)
Ereignis, das ein Feld ändern kann:
Schlüsselwort eventIn
Ereignisname meist = Feldname und Präfix "set_"
(Ausnahmen: addChildren, removeChildren, Ereignisse
vom Typ SFTime).
Bei Feldern, zu denen beide Typen von Ereignissen gehören,
kann statt der Definition des Feldes und beider Ereignisse eine
Kurzform verwendet werden: Voranstellen des Schlüsselwortes
"exposedField" vor den Feldnamen. Beispiel:
Bei einem Feld "position" innerhalb einer Knotendefinition
kann statt der drei Angaben
field position
eventIn set_position
eventOut position_changed
abgekürzt geschrieben werden:
exposedField position

Die Schlüsselwörter field, exposedField, eventIn,
eventOut geben die Zugriffsart eines Feldes oder Ereignisses
an.
Schnittstellen-Schema eines Knotens:
(Bei der Def. neuer Felder im Rahmen von Prototypen sind die
Namenskonventionen für Präfix bzw. Suffix nicht zwingend
vorgeschrieben, werden aber zur Verbesserung der Konsistenz
und Lesbarkeit empfohlen.)
Ereignistyp: Typ des geänderten bzw. des zu ändernden
Feldes.
Ereignisse werden durch Routen zwischen zwei Knoten
übertragen.
Dabei können nur Knoten verwendet werden, die mit dem
Schlüsselwort DEF einen Namen zugeordnet bekommen haben
(siehe Kursteil 3a).
Voraussetzung: Die Ereignistypen des Output- und des Input-
Ereignisfeldes müssen übereinstimmen.

Syntax der Routen-Vereinbarung:
ROUTE NameKnotenA.feld1_changed TO
NameKnotenB.set_feld2
Ausnahmen von der Namenskonvention "_changed" für
Output- und "set_" für Inputereignisse:
Ereignisse mit booleschen Werten: is... (z.B. isActive)
Ereignisse mit Zeitwerten: ...Time (z.B. touchTime)
Ereignisse zum Hinzufügen und Entfernen von Kindknoten:
add_children, remove_children
In der Routendefinition können "set_" und "_changed" bei
Ereignissen von Feldern mit der Zugriffsart exposedField
fortgelassen werden.
Beispiel:
bei
DEF Schalter TouchSensor { enabled TRUE }
DEF Licht DirectionalLight { on FALSE }
ROUTE Schalter.enabled_changed TO Licht.set_on
kann die letzte Zeile vereinfacht werden zu:
ROUTE Schalter.enabled TO Licht.on

Ein per Route weitergeleitetes Ereignis kann bei der Verarbeitung
durch den empfangenden Knoten ein weiteres
Ereignis auslösen, das wiederum weitergeleitet wird, usw.:
Ereignis-Kaskade.
Alle Ereignisse einer Kaskade haben dieselbe Zeitmarke.
Bei der Konstruktion von Ereignis-Kaskaden dürfen keine
Schleifen gebildet werden!
Zwei oder mehr Ereignisse gehen vom selben eventOut-
Ereignis an verschiedene Knoten: "fan-out", erlaubt.
Zwei oder mehr Ereignisse mit derselben Zeitmarke werden an
dasselbe eventIn-Ereignis geleitet: "fan-in", Ergebnis
undefiniert, deshalb verboten.
Animation
(seit VRML 2.0)
Antrieb der Veränderung durch spezielle Knoten, z.B.
TimeSensor, die Zeitwerte an Interpolator-Knoten senden.
Diese erzeugen die gebrauchten (Zwischen-) Werte für Felder
animierter Objekte.
TimeSensor
enabled
cycleInterval
loop
startTime
stopTime
fraction_changed
SFBool
SFTime
SFBool
SFTime
SFTime
SFFloat
Start/Stop
Zykluszeit
unendl.
Wiederholung
Start des
Timer-
Ablaufs
Lebensdauer
des Timers
eventOut-
Feld, Anteil
des bereits
verstrichenen
Zeitintervalls
(zw. 0 und 1)

isActive
time
cycleTime
SFBool
SFTime
SFTime
eventOut
eventOut
eventOut,
Start eines
Zyklus
Die Interpolator-Knoten stellen anwendungsspezifische Interpolationswerte
bereit:
OrientationInterpolator
Liste v.
Zwischenwerten
für
die interpolierte
Größe
PositionInterpolator
CoordinateInterpolator
NormalInterpolator
ScalarInterpolator
ColorInterpolator
set_fraction
key
keyValue
value_changed
set_fraction
key
keyValue
value_changed
set_fraction
key
keyValue
value_changed
set_fraction
key
keyValue
value_changed
set_fraction
key
keyValue
value_changed
SFFloat
MFFloat
MFRotation
SFRotation
SFFloat
MFFloat
MFVec3f
SFVec3f
SFFloat
MFFloat
MFVec3f
MFVec3f
SFFloat
MFFloat
MFFloat
SFFloat
SFFloat
MFFloat
MFColor
SFColor
eventIn
Liste von
Zwischenwerten
(mindest.
0 und 1)
eventOut

Wirkung: Wert von key (zwischen 0 und 1) wird in Wert von
keyValue "übersetzt" (durch lineare Interpolation zwischen
den passenden Stützstellen). Die Länge der keyValue-Liste
muss ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der key-Liste sein
(meist stimmen die Längen beider Listen überein). Die
Kommunikation erfolgt über set_fraction (für den aktuellen
Input) und value_changed (für den zugehörigen Output).
Beachte: Bei der Interpolation von Farben wird intern das HSV-
Modell benutzt (obwohl die Farbwerte in keyValue und
value_changed als RGB-Farbwerte spezifiziert werden).
Die Animation einer Szene mittels Interpolator-Knoten erfordert
somit mindestens 2 ROUTE-Definitionen. Beispielsweise bei
einer Positionsveränderung (Vektoren als Zwischenwerte):
Beispiel:
Animation eines ständig hüpfenden Balls. Das Zeitintervall für
den Vorgang (der unendlich wiederholt wird) wird dem
TimeSensor-Knoten mit 2 Sek. vorgegeben. Der
PositionInterpolator-Knoten enthält äquidistante
Stützstellen im Feld key und zugehörige Punkte auf einer
umgekehrten Parabel im Feld keyValue, um bei der
Bewegung des Balles den Eindruck von Schwerkraft zu
vermitteln.

#VRML V2.0 utf8
#Animation: Huepfender Ball
DirectionalLight
{direction 0 0 -1 }
DEF Chronos TimeSensor
{
cycleInterval 2
loop TRUE
startTime 1
}
DEF PosCalc PositionInterpolator
{
key [ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.6 0.7 0.8 0.9 1 ]
keyValue [ 0 0 0, 0 0.09 0, 0 0.16 0,
00.21 0, 0 0.24 0, 0 0.25 0,
00.24 0, 0 0.21 0, 0 0.16 0,
00.09 0, 0 0 0 ]
}
DEF Verschieb Transform
{
children
[
Shape
{
geometry Sphere { radius 0.2 }
appearance Appearance
{
material Material
{diffuseColor 1 0 0 }
}
}
]
}
ROUTE Chronos.fraction_changed TO
PosCalc.set_fraction
ROUTE PosCalc.value_changed TO
Verschieb.set_translation

Ergebnis (2 Snapshots aus der Animationssequenz):
Beispiel einer Farbinterpolation:
Farbwechsel einer Kugel
Die hierfür benötigten Ergebnisse des ColorInterpolator-
Knotens werden an eines der Felder im Material-Knoten
weitergeleitet, hier an diffuseColor (ein exposedField):
#VRML V2.0 utf8
#Animation: Farbwechsel einer Kugel
DEF Chronos TimeSensor
{
cycleInterval 10
loop TRUE
startTime 1
}

DEF FarbCalc ColorInterpolator
{
key [ 0 0.333 0.667 1 ]
keyValue [ 1 0 0, 0 1 0, 0 0 1, 1 0 0 ]
}
Transform
{
children
[
DirectionalLight { }
Shape
{
geometry Sphere { }
appearance Appearance
{
material DEF KugelFarbe Material { }
}
}
]
}
ROUTE Chronos.fraction_changed TO
FarbCalc.set_fraction
ROUTE FarbCalc.value_changed TO
KugelFarbe.set_diffuseColor
Ergebnis (3 Schnappschüsse):

Beispiel eines Blinkers:
#VRML V2.0 utf8
Transform
{
children
[
Shape
{
geometry Box { }
appearance Appearance
{
material DEF Blinker Material { }
}
}
]
}
DEF Timer TimeSensor
{
cycleInterval 5.0 # 5 Sek. Zyklusintervall
loop TRUE
}
DEF Farbgeber ColorInterpolator
{
key [ 0.0, 1.0 ]
keyValue [ 0 0 0, 1 0 0 ]
}
ROUTE Timer.fraction_changed TO
Farbgeber.set_fraction
ROUTE Farbgeber.value_changed TO
Blinker.set_diffuseColor
Ergebnis:

Interaktion
Die Einbeziehung von Benutzer-Eingaben erfordert
Sensorknoten (von denen der TimeSensor bereits ein
Sonderfall war):
TouchSensor Berührungssensor (wird aktiv bei
Anklicken mit der Maus)
ProximitySensor Annäherungssensor, spezifiziert durch
umgebende Box
PlaneSensor Abbildung der Mauscursor-Bewegung in
eine Ebene parallel zur xy-Ebene
CylinderSensor Abb. der Mauscursor-Bewegung auf
eine Drehung einer Zylinderfläche mit
Zylinderachse parallel zur y-Achse
SphereSensor Abb. der Mauscursor-Bewegung auf
eine Drehung einer Kugelfläche
VisibilitySensor Ermittlung der Sichtbarkeit einer Box
Touch-
Sensor
Proxi-
mity-
Sensor
enabled
SFBool
hitPoint_changed SFVec3f
hitNormal_changed SFVec3f
hitTexCoord_changed SFVec2f
isActive
SFBool
isOver
SFBool
touchTime
SFTime
center
size
enabled
position_changed
orientation_changed
enterTime
exitTime
isActive
SFVec3f
SFVec3f
SFBool
SFVec3f
SFRotation
SFTime
SFTime
SFBool
Start/Stop
des Sensors
)
)
) eventOut-
) Felder
)
)
Mittelpkt. der
Box
Ausdehnung
Start/Stop
)
) eventOut-
) Felder
)
)
)

Plane-
Sensor
Cylin-
der-
Sensor
Sphere-
Sensor
Visi-
bility-
Sensor
autoOffset
enabled
offset
maxPosition
minPosition
trackPoint_changed
translation_changed
isActive
autoOffset
enabled
diskAngle
offset
maxAngle
minAngle
trackPoint_changed
rotation_changed
isActive
autoOffset
enabled
offset
trackPoint_changed
rotation_changed
isActive
center
size
enabled
enterTime
exitTime
isActive
SFBool
SFBool
SFVec3f
SFVec2f
SFVec2f
SFVec3f
SFVec3f
SFBool
SFBool
SFBool
SFFloat
SFFloat
SFFloat
SFFloat
SFVec3f
SFRotation
SFBool
SFBool
SFBool
SFRotation
SFVec3f
SFRotation
SFBool
SFVec3f
SFVec3f
SFBool
SFTime
SFTime
SFBool
Flag für Additivität
der Bewegungskoordinaten
Start/Stop
Offset zur
Koord.-ausg.
Einschränkung
der
Sensoraktivität
) eventOut-
) Felder
)
analog zum
Plane-
Sensor-
Knoten
analog zum
Plane-
Sensor-
Knoten
Mittelpkt. Box
Ausdehnung
Start/Stop
)
) eventOut
)

Skizze zur Bedeutung der Felder des ProximitySensor-
Knotens:
Beispiel:
Einschalten einer Lichtquelle mit dem TouchSensor
#VRML V2.0 utf8
# Lichtschalter
PointLight
{location 0 0 10 }
DEF Licht2 PointLight
{
location 0 2 0
on FALSE
}
Transform
{
children
[
Shape
{
geometry Box { }
appearance Appearance

{
material Material
{diffuseColor 1 1 0 }
}
}
DEF Schalter TouchSensor { }
]
}
ROUTE Schalter.isActive TO Licht2.on
Ergebnis:
ohne Benutzereingriff (Licht
von oben ist ausgeschaltet):
Benutzer hat durch Anklicken
des Würfels mit der Maus das
Licht von oben eingeschaltet:

Kollisionserkennung
Generell sind alle Objekte außer IndexedLineSet-, PointSetund
Text-Knoten mit der Fähigkeit des Erkennens von
Kollisionen mit dem virtuellen Betrachter versehen.
Beispiele: Simulation des Anstoßens an eine Wand, Berührung
von Objekten, "realistisches" Begehen von Labyrinthen etc.
Beachte: "Kollision" bezieht sich hier immer auf die Interaktion
des Nutzers (bzw. seiner virtuellen Repräsentation im
Cyberspace) mit einer (Objekt-) Geometrie, nicht auf Objekt-
Objekt-Kollisionen!
Die Kollisionserkennung ist als Default eingestellt.
Das Verhalten bei einer erfolgten Kollision ist vom Browser
abhängig.
Die Reichweite der Prüfung auf Kollisionen zwischen Nutzer
und virtuellen Objekten wird in einem NavigationInfo-
Knoten im ersten Wert des Feldes avatarSize festgelegt.
Objektspezifische Einstellungen des Kollisionsverhaltens
erfolgen mittels des Collision-Knotens.
Aufgaben dieses Knotens:
• Ein- und Ausschalten der Kollisionserkennung für seine
Kindknoten
• Spezifikation eines Ersatzobjekts (proxy) mit einfacherer
Geometrie oder einer bounding box zur Beschleunigung der
Kollisionserkennung
• Aussenden von Ereignissen an andere Knoten bei Kollision,
um Effekte zu generieren
• Setzen "unsichtbarer Wände" (wenn keine children,
sondern nur ein proxy-Knoten definiert ist)

Felder des Collision-Knotens:
children
collide
proxy
bboxCenter
bboxSize
addChildren
removeChildren
collideTime
MFNode
SFBool
SFNode
SFVec3f
SFVec3f
MFNode
MFNode
SFTime
Kindknoten
Ein-Aus-Schalter
Ersatzobjekt
) boundig box-Spezifikation
)
eventIn
eventIn
eventOut (Zeitmarke der
Kollision)
Ist der Collision-Knoten der Wurzel-Knoten einer VRML-
Szene und steht collide auf FALSE, so ist die Kollisionserkennung
für die gesamte Szene deaktiviert, unabhängig
davon, ob darunterliegende Knoten collide auf TRUE gesetzt
haben oder nicht.
Die bounding box wird deaktiviert durch den (Default-) Wert –1
–1 –1 für bboxSize.
Ist collide auf TRUE gesetzt und proxy nicht definiert (=
NULL), so werden die children-Knoten zur Kollisionserkennung
verwendet, sonst der proxy-Knoten, welcher aber
nicht visuell dargestellt wird.
Beispiel:
Ein Würfel wird von einem größeren proxy-Würfel umgeben.
Bei Kollision mit dem unsichtbaren, äußeren Würfel ändert der
innere Würfel seine Farbe von Grün nach Rot:
#VRML V2.0 utf8
Transform
{
translation 0 0 -5
children
[

DEF Tabu_Zone Collision
{
collide TRUE
children
[
Shape
{
geometry Box { }
appearance Appearance
{
material DEF BoxFarbe
Material
{diffuseColor 0 1 0 }
}
}
]
proxy Shape
{
geometry Box { size 8 8 8 }
}
}
]
}
DEF Timer TimeSensor { }
DEF FarbCalc ColorInterpolator
{
key [ 0 1 ]
keyValue [ 1 0 0, 1 0 0 ]
}
ROUTE Tabu_Zone.collideTime_changed TO
Timer.startTime
ROUTE Timer.fraction_changed TO
FarbCalc.set_fraction
ROUTE FarbCalc.value_changed TO
BoxFarbe.set_diffuseColor
Ergebnis (abhängig von Bewegungen des Benutzers):

Benutzer hält Abstand ein
Benutzer ist mit dem
unsichtbaren Außen-Würfel
kollidiert
Eine größere Annäherung als auf dem rechten Bild ist nicht
mehr möglich.
Switch-Knoten
Funktion: Alternative Objekt-Auswahl je nach Zahlenwert eines
Diskriminator-Feldes whichChoice (vgl. switch-Konstrukt in
Java und C)
Felder des Switch-Knotens:
choice
whichChoice
MFNode
SFInt32
Liste der Alternativ-Knoten
Diskriminator: Index des
darzustellenden Kind-Knotens
Die implizite Indizierung der Kind-Knoten ist 0; 1; 2; ... in der
Reihenfolge ihrer Auflistung. Ist der Wert von whichChoice
kleiner als 0 oder größer als die Anzahl der vorhandenen
Kindknoten – 1, so erfolgt gar keine Wiedergabe.
(Beispiel nach Einführung des Script-Knotens.)

Einbau von Scripten
Der Script-Knoten ermöglicht die Kommunikation mit
prozeduralen und objektorientierten Programmen und damit die
Verfügbarmachung einer intelligenteren Programmierlogik in
VRML-Szenen, als es mit den Mitteln von VRML allein möglich
wäre.
Anwendungen:
• mathematische Operationen (Arithmetik, vektorielle
Berechnungen)
• Hilfsoperationen (z.B. Typkonvertierungen, Zerlegen
zusammengesetzter Werte in ihre Komponenten u.
umgekehrt)
• Zwischenspeichern von Werten, die bestimmte Zustände
beschreiben
• Flexibilisierung der Ereignisverarbeitung
• Simulationen
• Multi-User-Anwendungen
unterstützte Programmiersprachen:
• Javascript (ECMAScript) und VRMLScript (inline oder in
externen Dateien)
• Java (nur externe Bytecode-Dateien, Endung .class)
Script-Knoten werden ähnlich wie Prototypen definiert: In
ihrer Schnittstellen-Beschreibung können beliebig viele Felder
und Ereignisse definiert werden, wobei die Felder zur
Speicherung von Werten und die Ereignisse der Kommunikation
mit Knoten der Szene dienen.
Die Zugriffsart exposedField wird in Script-Knoten nicht
unterstützt.
Zu und von den Ereignissen der Script-Knoten können die
üblichen Routen vereinbart werden. Darüberhinaus verfügen
Script-Knoten über eine direkte Interaktionsmöglichkeit mit
anderen Knoten, sofern diese direkt in einem seiner Felder
definiert sind (Feldtyp SFNode oder MFNode) oder wenn aus

einem solchen Feld eine Referenz mit USE auf einen benannten
Knoten (anderswo def.) hergestellt wurde. Für die direkte
Interaktion muss das Feld directOutput auf TRUE gesetzt
sein.
Felder des Script-Knotens:
url
directOutput
mustEvaluate
beliebige Anzahl
von:
Feldname
Ereignisname
Ereignisname
MFString
SFBool
SFBool
Feldtyp (beliebig)
eventIn
eventOut
eigentliches Skript
(inline oder als url)
ermöglicht direkte
Interaktion mit Knoten
steuert das
Laufzeitverhalten
+ Angabe von Defaultwert
Beispiele verschiedener Typen von Codereferenzen im url-
Feld:
Script
{
url [
"javascript: .... " # JavaScript-Protokoll, inline
"file://test.js"# JavaScript-Protokoll aus Datei
"file://test.class" ] # Java Bytecode aus Datei
....
}
Das Scripting ermöglicht sehr vielfältige Interaktionsformen; hier
nur ein sehr einfaches Beispiel:
Eine Kugel soll sich auf einer Ellipse bewegen. Im Script-
Knoten werden die Koordinaten berechnet unter Rückgriff auf
trigonometrische Funktionen in JavaScript:

#VRML V2.0 utf8
DEF Timer TimeSensor
{
cycleInterval 5
loop TRUE
}
DEF Verschieb Transform
{
children
[
Shape
{
geometry Sphere { radius 0.2 }
appearance Appearance
{
material Material
{diffuseColor 1 1 0 }
}
}
]
}
DEF Berechnung Script
{
eventIn SFFloat set_fraction
eventOut SFVec3f value_changed
url "javascript:
//Funktionsberechnungen elliptische Bahn
function set_fraction (wert, zeit)
{
value_changed[0] =
Math.sin(wert * 6.283);
value_changed[1] =
0.5 * Math.cos(wert * 6.283);
value_changed[2] = 5;
}
"
}

ROUTE Timer.fraction_changed TO
Berechnung.set_fraction
ROUTE Berechnung.value_changed
TO Verschieb.set_translation
Der Name der JavaScript-Funktion entspricht demjenigen des
zu verarbeitenden eventIn-Feldes (hier: set_fraction).
An die Funktion wird immer ein Wert (der Wert des ankommenden
Ereignisses) und eine Zeitmarke übergeben (die nicht
notwendig verwendet werden müssen).
Ergebnis des Beispiels (drei snapshots):
Beispiel für die Anwendung des Script-Knotens zur
Typumwandlung (hier: von SFFloat in SFInt32), zugleich
Beispiel für einen Switch-Knoten:
Ein Objekt verwandelt sich fortlaufend von einem Würfel in eine
Kugel und umgekehrt.
#VRML V2.0 utf8
DEF Auswahl Switch
{
choice
[
Shape
{geometry Box { } }
Shape
{geometry Sphere { } }
]
}

DEF Timer TimeSensor
{
cycleInterval 5 # Sekunden
loop TRUE
}
DEF Berechnung Script
{
eventIn SFFloat set_fraction
eventOut SFInt32 value_changed
url "javascript:
//Typkonvertierung
function set_fraction (wert, zeit)
{
value_changed = wert+0.5;
}
"
}
ROUTE Timer.fraction_changed TO
Berechnung.set_fraction
ROUTE Berechnung.value_changed TO
Auswahl.set_whichChoice
Ergebnis (2 snapshots):